摘要：本文以北方某電廠為例，對火電廠鍋爐脫硫脫硝問題進行分析，對其工藝流程進行設計，從脫硫脫硝方案選擇、工藝系統(tǒng)設計及配置圖 3 個方面進行了詳細地闡述，最終實現(xiàn)控制電廠大氣污染排放量，為其它同類項目提供技術支持和借鑒。

關鍵詞：脫硫脫硝；火電廠；大氣污染控制

大氣污染控制問題一直是社會關注的熱點問題之一。資料表明，火電廠是大氣污染源產(chǎn)生的主要原因之一，因此如何解決火電廠的大氣污染問題成為現(xiàn)實工程中的關鍵問題。其中火電廠鍋爐的脫硫脫硝工藝技術設計是其最重要的部分，本文主要針對北方熱電廠鍋爐脫硫脫硝工藝進行論證，從其方案選擇、系統(tǒng)設計，以及圖紙繪制等方面進行詳細闡述。

1 工程概況

本文所述電廠位于中原平原，其地質(zhì)條件較好，項目選址合理。工廠為四邊形，總面積18203m2，建筑面積8000 m2。工廠區(qū)的大門位于南側(cè)的中間，進入大門后在行政樓左側(cè)為鍋爐房，其內(nèi)包括鍋爐間、軟水間、控制室等，其西側(cè)為輸煤系統(tǒng)。鍋爐房的東側(cè)為煙囪，鍋爐房的西側(cè)為2個儲煤場。主干道寬度設置7m，次干道4m，均采用水泥路面，完全滿足廠區(qū)內(nèi)消防和運輸?shù)男枰？傮w規(guī)劃布局充分利用了地形，布局緊湊，以節(jié)省土地。本項目共有3臺鍋爐，2臺熱水鍋爐和1臺鏈條鍋爐，總出力設計125 MW，3個余熱鍋爐和燃煤工業(yè)鍋爐產(chǎn)生的高溫水通過主管網(wǎng)輸送到熱力站，熱量通過熱交換器傳遞給低溫水，然后低溫水從二級管網(wǎng)輸送到熱用戶。DHL70-1.6/150/90-AIII鏈條鍋爐，噸位為100 t/h，鍋爐給水溫度90℃，鍋爐供出熱水溫度為150℃，鍋爐效率83%；DHL29-1.25/130/90型熱水鍋爐，噸位為40 t/h，鍋爐給水溫度90℃，鍋爐效率80%，鍋爐供出熱水溫度為130℃。

本項目脫硫脫銷除塵技術是在 3 臺鍋爐的煙道出口分別預留脫硫除塵裝置建設用地，預留場地滿足脫硫除塵裝置的建設要求。本項目脫硝系統(tǒng)采用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝技術，首先在鍋爐排煙口設置 SNCR 噴淋層進行初步脫硝，然后煙氣經(jīng)過煙道中 SCR 催化劑催化層進行進一步脫硝，從而使氮氧化物濃度大量降低，達到排放標準。SNCR 噴淋裝置安裝在鍋爐燃燒系統(tǒng)中，SCR 催化層安裝在煙道預留段中，不需額外預留建設用地。

2 工藝技術方案選擇

2.1脫硫工藝方案選擇

本文對幾種常用的脫硫技術方法進行比較，其對比結(jié)果見表 1。

表 1 脫硫工藝方案條件對比表

從表 1 可以看出，石灰石-石膏工藝可以廣泛的應用，并且不受煤燃燒的硫含量和單位容量限制，脫硫效率高，一般可達 95%。該技術成熟，應用廣泛，石灰石-石膏工藝的綜合應用能夠滿足本項目脫硫率的要求。近年來，石灰石-石膏脫硫技術得到了很大的改善，覆蓋面積廣，成本也在下降。且產(chǎn)生的副產(chǎn)物處理方便，利用范圍廣，可以較大減少處理成本。雙堿法脫硫雖然與石灰石-石膏法同樣能達到 95%以上，但副產(chǎn)物處理麻煩，一般都以拋棄為主，氨法適用機組小且吸收劑來源需要當?shù)貪M足這一條件，沒有石灰石-石膏法與雙堿法簡單。所以本熱源廠最終采用石灰石-石膏法作為脫硫主要工藝。

2.2 脫硝工藝方案的選擇

本文對 4 種不同的脫銷工藝方法進行對比，結(jié)果見表 2。SCR 與低氮燃燒技術雖然脫硝效率高，且產(chǎn)物穩(wěn)定，但設備成本較高。SNCR 技術雖然成本較低但運行條件所需要的溫度較高且脫硝效率低，無法達到排放標準。所以本熱源廠最終選擇 SCR 與SNCR 聯(lián)合脫硝工藝。根據(jù)《國家環(huán)境保護“十三五”規(guī)劃》要求，新建燃煤鍋爐必須安裝脫硫脫硝設施，所以本項目選用在爐膛內(nèi)添加氨水噴淋裝置進行SNCR 法脫銷，并在鍋爐與脫硫塔之間的煙道添加SCR 催化層，采用“+1”層，即使用 3 層備用 1 層，實現(xiàn)了減少 NOX排放的目的。因此，脫硝項目選擇SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝是可行的實施方案。

表 2 脫硝工藝方案條件對比表

3 工藝系統(tǒng)設計

3.1脫硫除塵系統(tǒng)設計參數(shù)與性能要求

根據(jù)煤質(zhì)化驗報告，本項目用煤含硫率 0.32%，灰分 7.11%。本項目用煤量為 9.56 萬 t/a （539.8 t/d），3 臺鍋爐共用 1 根煙囪，按照以上系數(shù)，結(jié)合煤質(zhì)化驗結(jié)果，鍋爐出口煙氣量為 983765108m3/a（277900m3/h）。本 項 目 消 耗 石 灰 35.78 kg/h（313.43 t/a），石灰石為 35.78 kg（313.43 t/a）。脫硫除塵系統(tǒng)設計參數(shù)見表 3。

表 3 脫硫除塵系統(tǒng)設計參數(shù).

3.2 脫硝工藝系統(tǒng)參數(shù)設計及性能要求

根據(jù)計算，本項目 3 臺鍋爐總用煤量為 9.56 萬t/a（539.8 t/d），3 臺鍋爐最終經(jīng)過總煙道共用 1 根煙囪。本項目選擇的催化劑層數(shù)為“2+1”的脫硝效率在 70%~75%之上，為保證實際過程中的運行穩(wěn)定，SCR 脫硝效率取最小值 70%。為貫徹可持續(xù)發(fā)展，將脫硝效率提高到 85%，則 SNCR 脫硝效率需要達到 85%-70%=15%，即需要降低的氮氧化物濃度為42.86 mg/m3，根據(jù)化學反應方程式需要的 NH3的量為 42.16 t/a。

3.3 總平面布置

脫硫除塵系統(tǒng)按其工藝特性集中布置于爐后。3 臺鍋爐煙氣集中在 1 個總煙道，然后集中到袋式除塵器箱的中間部分用來收集煙氣中的灰塵和霧氣。脫硫布置方式采用 1 爐 1 塔的方式，泥漿循環(huán)泵分別設置在 3 個吸收塔的西側(cè)和東側(cè)。本項目所采用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝，具有脫硝效率高，不用添加額外設施只需要在鍋爐煙氣出口處設置氨水噴淋裝置和煙道預留段添加 SCR 催化層。脫硫脫硝除塵平面布置如圖 1 所示。

圖 1 脫硫脫硝除塵平面布置

3.4 脫硫工藝系統(tǒng)設計

本項目設計采用石灰石-石膏法脫硫，不設煙氣旁路。

（1） 吸收劑制備與補充系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用碳酸鈣作為吸收劑，碳酸鈣干粉料加入到富有氫離子的水中，然后再在溶液罐中進行配置，當配置成堿液之后將其加入脫硫塔中進行脫硫處理工藝，為了使處理后的脫硫產(chǎn)物能夠再生還原，一般將脫硫液放入再生池中，含渣液體進入沉淀池，清潔液回用于脫硫，脫硫殘渣進行脫水。在整個操作過程中，來自脫硫的許多固體殘余物和其他顆粒物質(zhì)通過泥漿泵被泵送到石膏脫水系統(tǒng)中，且水被移除并返回到再生罐。由于部分碳酸鈣將在排出的殘渣中，所以碳酸鈣需定期補充，以確保整個脫硫系統(tǒng)的正常運行和煙氣排放達到標準；

（2） SO2吸收系統(tǒng)。氣體進入吸收塔并朝上流動。漿料逆流方式洗滌，氣體和液體完全接觸。充分吸收 SO2，吸收液在再生池內(nèi)反應后，再生過的碳酸鈣溶液循環(huán)打入吸收塔；

（3） 脫硫產(chǎn)物處理系統(tǒng)。由于脫硫與除塵屬于同一系統(tǒng)，所以其最終附屬產(chǎn)品為石膏漿和粉塵。經(jīng)被濃縮后在灰渣間內(nèi)臨時儲存，作為建材原料使用，溢流液回流到再生池內(nèi)。

3.5 脫硝工藝系統(tǒng)設計

圖 2 脫硫系統(tǒng)流程圖

脫硫液循環(huán)槽的作用是還原脫硫劑脫硫能力。本脫硫項目脫硫塔采用 3 層噴淋層，最后脫硫產(chǎn)物經(jīng)過 1 次脫水和 2 次脫水收集在儲藏庫中進行裝運或放置。脫硫系統(tǒng)流程如圖 2 所示。

圖 3 SCR/SNCR 聯(lián)合脫銷工藝

為了降低 NOX排放，選用 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝。SCR 工藝雖然有著脫硝效率高、設備簡單、占地面積小等特點，但是投資較高，需要的催化劑V2O5價格較高，所以選用聯(lián)合脫硫，從而降低成本，提高經(jīng)濟效益。由于工藝脫硝效率達到了 85%以上，故 NOx 濃度控制在≤200 mg/m3。本系統(tǒng)每臺鍋爐均設置 1 套 SCR 與 SNCR 聯(lián)合脫硝工藝設備。氨氣從氨儲藏罐中進入蒸發(fā)器將氨水等蒸發(fā)為氣體或霧狀，然后經(jīng)過噴嘴噴入進行反應?？諝忸A熱器與省煤器的作用都是提高熱效率，減少能量損失。SCR/SNCR 聯(lián)合脫銷工藝如圖 3 所示。

4 結(jié)論

本文結(jié)合北方某電廠對其脫硫脫硝防止大氣污染技術進行設計，在脫硫脫硝工藝方法上采用石灰石-石膏法以及SCR與SNCR兩者相結(jié)合方法。同時對項目工藝設計系統(tǒng)的設計參數(shù)和性能要求進行了詳細地闡述，最終給出平面布置圖和工藝流程圖。采用本文方案和工藝流程可以使鍋爐排放煙氣達到國家標準。